- •Р. А. Ахмеджанов
- •Физические основы магнитного
- •Неразрушающего контроля
- •Омск 2004
- •Введение
- •1. Магнитное поле и его характеристики
- •2. Источники магнитного поля
- •2.1. Магнитное поле прямолинейного проводника с током Суммируя все от всех, на основе уравнения (11) получаем:
- •2.2. Магнитное поле кругового тока
- •2.3. Магнитное поле на оси кругового тока
- •2.4. Магнитное поле соленоида
- •2.5. Магнитное поле проводника конечного сечения
- •2.6. Магнитное поле тока, текущего по трубе
- •3. Магнетизм и намагничивание
- •3.1. Магнитные величины
- •3.2. Кривая намагничивания и петля гистерезиса
- •3.3. Характеристика связей магнитных и физико-механических свойств ферромагнетиков
- •4. Физическая сущность магнитной дефектоскопии
- •5. Анализ неоднородности магнитного поля над дефектом
- •6. Схема и методы магнитного неразрушающего контроля. Классификация. Применение
- •7. Первичные магнитные преобразователи в магнитной дефектоскопии
- •7.1. Магнитные порошки
- •7.2. Феррозондовые преобразователи
- •7.3. Индукционные преобразователи
- •7.4. Гальваномагнитные преобразователи
- •8. Способы магнитного дефектоскопирования деталей
- •9. Намагничивание деталей
- •9.1. Виды, способы и схемы намагничивания
- •9.2. Виды намагничивающих токов
- •9.3. Размагничивающий фактор при намагничивании деталей
- •10. Размагничивание деталей
- •Учебное издание
- •644046, Г. Омск, пр. Маркса, 35
7.3. Индукционные преобразователи
В основу действия индукционных преобразователей положен закон электромагнитной индукции (М. Фарадей, 1831 г.), согласно которому во всяком замкнутом контуре (катушке) с числом витков wпри изменении потока магнитной индукции Ф через площадьS, ограниченную этим контуром, возникает ЭДС индукции:
е = –wdФ/dt. (33)
Знак «–» указывает на то, что ЭДС увеличивается при уменьшении и уменьшается при возрастании Ф (закон Джоуля-Ленца). В общем случае катушка может иметь магнитный сердечник с проницаемостью т, а изменение Н может происходить под угломк нормали контура (оси х на рис. 30). Тогда
Ф = 0тНScos. (34)
Отсюда возникает четыре возможности возникновения ЭДС в катушке:
е1 = –0тScosdH/dt; (35)
e2 = –0тНcosdS/dt; (36)
e3 = –0тНSsind/dt; (37)
e4 = –0SНcosdт/dt. (38)
в
Рис. 30. Образование
поля соленоида
Пассивные индукционные преобразователи согласно выражению (35), но в форме
при(39)
применяют для контроля рельсов, уложенных в путь, с помощью индукционных вагонов-дефектоскопов.
7.4. Гальваномагнитные преобразователи
действие гальваномагнитных преобразователей основано на силовом влиянии магнитного поля на движущиеся электрические заряды. Впреобразователях Холлаимагниторезисторахполе действует на заряды, движущиеся в полупроводнике.
Ч
Рис. 31. Схематическое
изображение преобразователя Холла
, (40)
где Rх– постоянная Холла, Омм/Тл;
h– толщина пластины.
В слабых полях, где В < 0,1 Тл, эта зависимость квадратичная, при В = (0,1 – 1) Тл – линейная:
, (41)
где – чувствительность, которая указывается в паспорте на преобразователь.
Как правило, в процессе измерений ток Iостается неизменным, и в этом случае вводят параметрмагнитная чувствительностьm=E/Bпри номинальном токе. Магнитная чувствительность и номинальный ток также приводятся в паспорте на преобразователь. Абсолютное значение магнитной чувствительности колеблется в пределах 0,06 – 0,6 В/Тл. Часто удобнее пользоваться удельной чувствительностьюk=I, т. е. считать коэффициентом преобразования произведение чувствительности на ток. Это позволяет определить выходной сигнал при любых токах, а не только при номинальном.
Конструктивно преобразователи выполняют в виде пластин прямоугольной или крестообразной формы. Выпускаются кремниевые, германиевые и арсенид-галлиевые преобразователи Холла. Толщина преобразователя – около 0,2 мм, размеры активной части – от 1,8 0,6 до 63 мм. Габаритные размеры в слюдяных обкладках примерно вдвое больше.
Преобразователи Холла находят широкое применение при измерении слабых магнитных полей, а для измерения более сильных полей (В > 1 Тл), когда наступает насыщение преобразователя Холла, применяют магниторезисторы. В магниторезисторах используетсяэффект Гаусса, который состоит в изменении электрического сопротивления полупроводника под действием магнитного поля.наиболее ярко он проявляется в магниторезисторах из антимонида индия (InSb) и арсенида индия (InAs) с параметрами, приведенными в табл. 2.
Таблица 2
Характеристика магниторезисторов
Характеристика |
Тип магниторезистора | |
InSb |
InAs | |
Сопротивление, Ом: |
|
|
при В = 0 |
0,5 – 200 |
0,5 – 200 |
при В = 1 Тл |
50 – 4000 |
1 – 400 |
Относительное изменение сопротивления при В, Тл: |
|
|
0,1 |
0,2 – 0,5 |
0,03 – 0,5 |
0,5 |
5 – 8 |
0,5 – 1,0 |
1,0 |
10 – 16 |
2 – 3 |
Магниторезисторы применяют в основном для измерения полей с индукцией выше 0,2 Тл, поэтому в неразрушающем контроле их не удается использовать для регистрации полей рассеяния дефектов. Они могут быть применены при измерении индукции намагничивающих полей. Схемотехническое решение – по принципу омметра, градиентометрическое.